Que savez-​vous sur la température?

QUOI de plus relaxant que de se couler dans un bain bien chaud quand il fait froid dehors? Toutefois, si l’eau est trop chaude ou ne l’est pas assez, la sensation sera désagréable, et vous ne vous y éterniserez pas. Qu’est-​ce qui fait donc la différence entre l’agréable et le déplaisant? La température de l’eau, bien entendu.

La température de l’air est également une préoccupation quotidienne. C’est en fonction d’elle qu’on détermine les activités de la journée et la façon dont on s’habillera. Il est si utile de connaître la température extérieure que de nombreux bâtiments publics l’affichent en même temps que l’heure.

Mais, selon l’endroit où vous vivez, le nombre qui s’affiche peut correspondre à des conditions climatiques totalement différentes: Pourquoi, par exemple, une température de 40 degrés aux États-Unis indique-​t-​elle qu’il faut mettre un manteau quand cette même température en Europe incite à s’habiller le plus légèrement possible?

Les échelles de température

La réponse est très simple: Là où l’échelle Fahrenheit est en vigueur, comme aux États-Unis, 40 degrés correspondent à une température basse, proche de la température de congélation de l’eau; tandis qu’en Europe, où l’échelle Celsius est couramment utilisée, 40 degrés correspondent à une chaleur écrasante. Dans cet article, nous ne considérerons que ces deux échelles connues du public. D’où viennent donc les échelles Fahrenheit et Celsius?

En 1714, le physicien allemand Gabriel Fahrenheit utilisa un thermomètre au mercure pour mettre au point une échelle de température. Il détermina trois points fixes. Souhaitant placer le zéro le plus bas possible, il mélangea de la glace et de l’eau à un sel spécial et obtint grâce à ce composé la température la plus basse qu’il pouvait enregistrer. Il lui attribua la position zéro. Puis Fahrenheit choisit la température normale du corps humain comme point le plus élevé, soit 96 degrés. (Depuis, toutefois, cette température s’est avérée être supérieure de 2 degrés et demi environ à celle qu’il avait arbitrairement fixée.) Pour obtenir le troisième point, il mesura la température de congélation de l’eau et trouva qu’elle équivalait à 32 degrés. Plus tard encore, Fahrenheit mesura selon son échelle le point d’ébullition de l’eau: 212 degrés au niveau de la mer, température qu’il proposa par la suite comme point le plus haut sur sa nouvelle échelle.

Anders Celsius était un contemporain de Gabriel Fahrenheit. Cet astronome suédois, qui vécut de 1701 à 1744, élabora en 1742 une échelle de température connue elle aussi sous le nom de son inventeur. Cette échelle repose sur deux points: le zéro et les 100 degrés, qui correspondent respectivement à la température de congélation de l’eau et à sa température d’ébullition au niveau de la mer. Puisque Celsius divisa son thermomètre en 100 intervalles égaux, on l’appelle également échelle centigrade de température. Cette échelle est en usage partout où le système métrique a été adopté.

Les échelles Fahrenheit et Celsius étant toutes deux couramment utilisées aujourd’hui, les conversions de l’une à l’autre sont souvent nécessaires. Comment procéder? Notez que la différence entre le point d’ébullition et de congélation de l’eau est de 180 degrés sur l’échelle Fahrenheit (212 moins 32). Par contre, elle est de 100 degrés sur l’échelle Celsius. Le rapport entre les deux échelles est donc de 180/100, ou de 9/5.

Par conséquent, pour passer de l’échelle Fahrenheit à l’échelle Celsius, on soustrait 32 degrés avant de multiplier la différence par 5/9. Prenons un exemple: admettons qu’il fasse une chaleur étouffante de 104 degrés Fahrenheit. Pour convertir en degrés Celsius, on ôte 32 à 104, ce qui donne 72. Puis on multiplie 72 par 5/9, pour obtenir le chiffre de 40. De fait, 40 degrés Celsius correspondent à une chaleur étouffante.

Inversement, pour passer de l’échelle Celsius à l’échelle Fahrenheit, on multiplie les degrés Celsius par 9/5, puis on ajoute 32. Ainsi, à quoi correspondent 20 degrés Celsius sur l’échelle Fahrenheit? Multipliez 20 par 9/5 et vous obtenez 36. En ajoutant 32 à 36, vous arrivez à une température de 68 degrés Fahrenheit.

Qu’est-​ce que la température?

La température est une mesure du chaud et du froid. Mais qu’est-​ce qui rend une substance chaude ou froide? Si vous pouviez observer la structure moléculaire et atomique d’une substance lorsqu’elle chauffe, vous verriez divers changements se produire. Considérez le cas d’une casserole d’eau que l’on fait chauffer sur un réchaud.

Les molécules d’eau se déplacent de plus en plus vite. Bientôt, l’eau bout: les molécules d’eau s’agitent tellement qu’elles s’entrechoquent et perdent leur cohésion qui en faisait un liquide. L’eau commence en fait à se changer en gaz, qui nous apparaît sous forme de vapeur.

Les bulles de gaz se forment en premier au fond de la casserole, car la température y est la plus élevée. Bien que l’eau soit continuellement chauffée durant sa transformation en vapeur, sa température n’augmente pas; il faut en effet de l’énergie pour libérer les molécules de l’état liquide et les transférer à l’état gazeux. La chaleur que reçoit la casserole fournit cette énergie; au lieu d’augmenter la température de l’eau, la chaleur ne fait donc que transformer davantage de molécules d’eau en gaz.

Les molécules d’eau à l’état gazeux se déplacent de plus en plus vite, vibrant au fur et à mesure que la température augmente. Si la température de la vapeur était portée extrêmement haut, à des milliards de degrés dirons-​nous, les électrons eux-​mêmes seraient arrachés des atomes. À de telles températures, les minuscules noyaux des atomes se heurteraient avec tant de force qu’ils produiraient des réactions nucléaires. En fait, c’est le principe de la fusion nucléaire qu’on aimerait utiliser pour produire de l’énergie.

Écarts de températures

Pour autant qu’on le sache, il n’existe pas de limites aux hautes températures. Par contre, il semble que cela ne soit pas le cas des basses températures. Le zéro absolu a été fixé à − 273,15 degrés Celsius, ou − 459,67 degrés Fahrenheit. C’est le point auquel les molécules et les atomes d’une substance recèlent le moins d’énergie possible.

Sur la planète Pluton, la température en surface serait d’environ − 210 degrés Celsius, ou environ − 350 degrés Fahrenheit. En 1965, les astronomes ont appris que dans les profondeurs de l’espace la température est d’environ − 270 degrés Celsius (de l’ordre de − 457 degrés Fahrenheit), soit 3 degrés seulement au-dessus du zéro absolu sur l’échelle Celsius. Inversement, la température au centre du soleil serait de l’ordre de 15 millions de degrés Celsius. Toutefois, les étoiles plus grandes que le soleil — certaines ont un diamètre des milliers de fois supérieur — enregistrent probablement des températures beaucoup plus élevées.

Qu’en est-​il sur la terre? L’amplitude thermique y est relativement faible. En Antarctique, le thermomètre est descendu à − 89,2 degrés Celsius (− 128,6 degrés Fahrenheit) le 21 juillet 1983, et il était monté à 58 degrés Celsius (136 degrés Fahrenheit) à El Azizia, en Tripolitaine (actuelle Libye), le 13 septembre 1922. Toutefois, la grande majorité d’entre nous n’avons jamais eu à supporter des températures approchant ces extrêmes. Nous pouvons être reconnaissants au Créateur, Jéhovah Dieu, de ce que l’amplitude thermique soit relativement faible sur la terre. La vie y est ainsi agréable.

[Diagramme, page 13]

(Voir la publication)

Fahrenheit Celsius

98,6 37 Température normale du corps

32 0 Congélation de l’eau

− 460 − 273 Zéro absolu